A princípio começaremos explicando o que são módulos Peltier ou pastilhas termoelétricas, como elas funcionam e algumas aplicações comuns, antes de entrarmos propriamente nos termogeradores.
As pastilhas termoelétricas são pequenas unidades que utilizam tecnologia de matéria condensada para operarem como bombas de calor. Uma unidade típica tem espessura de alguns milímetros e de forma quadrada (e.g. 4x40x40 mm). Esses módulos são essencialmente um sanduíche de placas cerâmicas recheado com pequenos cubos de Bi2Te3 (telureto de bismuto), conhecidos também como termopar.
Figura 1: Pastilha termoelétrica
Elas operam baseadas nos princípios do efeito Peltier que descreve o seguinte: quando uma corrente é aplicada, o calor move-se de um lado ao outro – onde ele deve ser removido por um dissipador de calor, se os polos elétricos forem revertidos, a pastilha se tornará em um excelente aquecedor. É importante salientar que por mais tecnologicamente avançados que sejam, os módulos não “consomem” calor – por isso que se torna necessário o uso do dissipador.
Também é possível realizar o processo inverso com o efeito Seebeck, aplicando um fluxo de calor em um dos lados da pastilha e alguma forma de refrigeração do outro, com isso será aplicada uma diferença de temperatura resultando em uma força eletromotriz resultante. Em outras palavras, o efeito Seebeck transforma energia térmica em energia elétrica, porém, com um baixo rendimento energético. Por isso, sua principal utilização é na área de instrumentação eletroeletrônica.
As aplicações mais comuns das pastilhas Peltier são em:
Mini Geladeiras e Refrigeradores;
Bebedouros;
Assentos, da indústria automobilística;
Coolers eletrônicos.
Tendo um conceito geral da aplicação das pastilhas termoelétricas, traremos elas para uma possível aplicação em veículos mini baja.
Como já foi mencionado, infelizmente não há grandes aplicações para as pastilhas termoelétricas uma vez que sua geração de energia por diferença de temperatura não é muito grande, porém não é de todo inútil. Ela pode ser muito eficiente para pequenas aplicações, abastecendo a bateria do veículo, para projetos que precisem de um fornecimento constante de energia, mesmo que com uma baixa tensão ou corrente, e é neste ponto que entra a importância da aplicação para veículos baja.
Com isso em mente, um projeto para o veículo de baja e que não demande uma grande quantidade de energia para operar é o painel do veículo, que costuma contar com o velocímetro, tacômetro (indicando o RPM e/ou torque), nível de combustível e os CIs para que tudo possa operar como desejado. Mas como ficaria a aplicação desse termo gerador no veículo?
Primeiro teremos que abordar um ponto, a resistividade ao calor do equipamento, no caso das pastilhas, as mais comuns são a TEC1-12705 que opera a uma temperatura de -30ºC a 70ºC, porém há pastilhas mais “robustas” que chegam a operar facilmente em 200ºC como a TES1-4903SR e outras.
Portanto fica um pouco evidente qual seria o melhor local para a aplicação destas pastilhas, áreas próximas ao motor, visto que são regiões de alta liberação de calor e com espaço adequado para o desenvolvimento de um método de refrigeração. Mas tome cuidado, há locais em que o motor pode chegar facilmente aos 300ºC, use com atenção a melhor pastilha para determinado local. O desenvolvimento de um projeto de refrigeração também é útil tanto para não superaquecer um lado da pastilha, quanto uma refrigeração que sirva para manter uma baixa temperatura no outro lado, criando a maior diferença de temperatura possível, pois será ela a responsável pela geração de energia do seu projeto.
Por fim podemos concluir que baseado em um TCC publicado por Hélio Van Kranenburg Junior o que já foi dito antes, algumas aplicações em pequenas escalas podem ser pouco eficientes, apesar de resultados positivos. Em seu TCC ele utilizou pastilhas de TEC1-12706 que são similares às TEC1-12705, já mencionadas. Além disso, ele utilizou um soprador térmico como fonte de calor emitindo cerca de 140ºC de calor, além de todo um projeto de isolamento e dissipadores de calor, ele conseguiu uma diferença de calor de aproximadamente 105ºC. Deixaremos no fim o link do seu TCC para quem queira ver a conhecer mais.
Tabela 1: Dados do TCC de Hélio
Figura 2: Gradiente de temperatura x Tensão
Com essa tabela e gráficos produzidos por Hélio confirma o uso para pequenas escalas possam vir a consumir algo em torno de 0,5 Amperes. Mas é importante ressaltar que os dimensionamentos realizados por ele não foram ideias podendo por meio de um melhor dimensionamento atingir valores melhores para seu projeto, assim como o uso de pastilhas mais eficientes como a TES1. Segue abaixo algumas dicas que possam ser úteis, caso queira fazer uso de algum projeto envolvendo pastilhas termoelétricas.
Algumas dicas de otimização para este projeto é a aplicação de pasta térmica para melhorar a condução de calor em um dos lados da pastilha melhorando a transferência de calor podendo propiciar uma melhor geração de energia. O uso de um cooler para refrigeração e o dimensionamento de um dissipador de calor também são essenciais para o bom desenvolvimento do projeto. Outro ponto a se tratar é o uso de mais de uma pastilha, sendo mais eficiente o uso em blocos, ficando uma atrás da outra, mantendo a ligação elétrica em paralelo e com a posição delas em série.
TCC de Hélio Van Kranenburg Junior:
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